VISUALISASI ISYARAT DETAK JANTUNG BERBASIS KOMPUTER Suardi, Eko Murti Wibowo, Wawan Januarifin, Imam Subakir, Absin Marsan Wahiddin Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Ahmad Dahlan Kampus III, Jln. Prof. Soepomo, Janturan, Yogyakarta 55164 Telp. +62 274 378418, email:
[email protected] Abstrak Diagnosa penyakit jantung berdasarkan suara yang direkam oleh stetoskop yang ditempelkan di dekat jantung pasien dapat mengakibatkan subyektifitas dokter dalam menginterprestasikan suara tersebut. Sementara itu penggunaan electrocardiograh (ECG) masih dirasa mahal sebagai alat diagnosis jantung. Penelitian ini fokus pada visualisasi isyarat detak jantung yang lazimnya ditangkap oleh stetoskop untuk memudahkan diagnosa oleh dokter. Pada penelitian ini dilakukan perekaman suara jantung dengan menggunakan stetoskop, mikrofon, pre-amp mic, penguat op-amp, filter dan komputer untuk dapat memvisualisasikan isyarat detak jantung. Dengan alat sederhana yang dirancang ini, ragam gelombang suara detak jantung dari pasien dapat ditampilkan di layar komputer sehingga memudahkan dokter dalam mendiagnosis kesehatan pasien dibandingkan mendengarkan langsung suara detak jantung pasien dengan stetoskop. Kata Kunci: detak jantung, electrocardiograh, stetoskop, visualisasi komputer
1. PENDAHULUAN Suara jantung adalah suara yang dikeluarkan oleh jantung yang diakibatkan aliran darah melalui jantung. Salah satu metode yang biasa dilakukan oleh seorang dokter dalam memeriksa kondisi kesehatan pasiennya adalah dengan mengamati kondisi detak jantungnya melalui suara yang direkam oleh stetoskop yang ditempelkan di dekat jantung pasiennya (Geddes 2005; Usman et al. 2004). Metode diagnosa semacam ini membutuhkan kepekaan, ketelitian, dan pengalaman yang cukup untuk menyimpulkan apakah jantung pasien dalam keadaan normal atau abnormal. Suara yang sama dapat saja diartikan berbeda oleh dokter yang berbeda. Di dunia medis sebenarnya telah ada alat khusus untuk memantau kondisi jantung pasien yang dinamakan electrocardiograh (ECG) dan stetoskop elektronis. Permasalahannya adalah ECG merupakan instrumen medis yang sangat mahal, sehingga tidak semua dokter maupun puskesmas mampu membeli alat tersebut sedangkan stetoskop elektronis hanya dapat digunakan untuk menghitung detak jantung pasien (Petrov 2004; Johnson et al. 2006). Guna mengatasi problematika tersebut pada penelitian ini akan dilakukan suatu visualisasi isyarat detak jantung yang ditampilkan pada layar monitor komputer berbasis stetoskop analog. Alat ini dirancang dapat menampilkan isyarat detak jantung yang terekam oleh stetoskop dan menampilkannya pada layar monitor komputer (PC) serta dapat disimpan maupun dicetak sebagai acuan dalam menentukan kondisi pasien. Dengan alat ini diharapkan didapatkan hasil diagnosa yang lebih obyektif dengan mengunakan peralatan yang memiliki fungsi yang mirip dengan ECG, tetapi lebih hemat dan merupakan penyempurnaan dari stetoskop elektronis yang sudah ada. Kegunaan program ini adalah dihasilkan alat untuk memvisualisasikan isyarat detak jantung yang murah, canggih, dan efektif yang nantinya akan banyak digunakan di puskesmas-puskesmas dan dokter-dokter praktek.
2. DIAGNOSIS JANTUNG Pendiagnosaan beberapa penyakit jantung dengan menggunakan suara yang ditimbulkan oleh detak jantung dan pemompaan darah sudah diterapkan di dunia medis sejak berabad-abad yang lalu. Teknik untuk mendengarkan suara yang dihasilkan oleh organ dan pembuluh darah dalam tubuh disebut auskultasi. Auskultasi bersifat subyektif, karena informasi yang diperoleh dengan mendengarkan suara jantung sangat tergantung pada kecakapan dan pengalaman dokter. Suara yang sama dapat diinterpretasikan berbeda oleh dokter yang berbeda (de Vos and Blanckenberg 2007). Suara jantung yang didengar oleh dokter dengan menggunakan stetoskop sebenarnya terjadi pada saat penutupan katup jantung. Kejadian ini dapat menimbulkan anggapan yang keliru
bahwa suara tersebut disebabkan oleh penutupan daun katup jantung, tetapi sebenarnya disebabkan oleh efek arus pusar (eddy) di dalam darah akibat penutupan katup jantung. Detak jantung menghasilkan dua suara yang berbeda yang dapat didengarkan pada stetoskop, yang sering dinyatakan dengan lub-dub sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1. Suara lub disebabkan oleh penutupan katup tricuspid dan mitral (atrioventrikular) yang memungkinkan aliran darah dari atria (serambi jantung) ke ventricle (bilik jantung) dan mencegah aliran balik. Umumnya hal ini disebut suara jantung pertama (S1), yang terjadi hampir bersamaan dengan timbulnya kompleks QRS dari elektrokardiogram dan terjadi sebelum systole (periode jantung berkontraksi). Suara dub disebut suara jantung kedua (S2) dan disebabkan oleh penutupan katup semilunar (aortic dan pulmonary) yang membebaskan darah ke sistem sirkulasi paru-paru dan sistemik. Katup ini tertutup pada akhir systole dan sebelum katup atrioventrikular membuka kembali. Suara S2 ini terjadi hampir bersamaan dengan akhir gelombang T dari elektrokardiogram. Suara jantung ketiga (S3) sesuai dengan berhentinya pengisian atrioventrikular, sedangkan suara jantung keempat (S4) memiliki korelasi dengan kontraksi atrial, suara S4 ini memiliki amplitude yang sangat rendah dan komponen frekuensi rendah (Morgan and Richardson 1976; Carr and Brown 2001; Rahman and Haque 2003).
Gambar 1. Ragam gelombang berbagai suara jantung (Corner 2007)
Jantung abnormal memperdengarkan suara tambahan yang disebut murmur. Murmur disebabkan oleh pembukaan katup yang tidak sempurna atau stenotic (yang memaksa darah melewati bukaan sempit), atau oleh regurgitasi yang disebabkan oleh penutupan katup yang tidak sempurna dan mengakibatkan aliran balik darah (Donnerstein 1992). Setiap kasus suara yang timbul adalah akibat aliran darah dengan kecepatan tinggi yang melewati bukaan sempit. Penyebab lain terjadinya murmur adalah adanya kebocoran septum yang memisahkan jantung bagian kiri dan kanan sehingga darah mengalir dari ventrikel kiri ke ventrikel kanan sehingga menyimpangkan sirkulasi sistemik (Donnerstein 1992). Gambar 2 menunjukkan rekaman suara jantung normal dan beberapa jenis murmur. Karena isyarat suara jantung memberikan informasi yang subyektif bagi dokter, maka perlu adanya metode yang dapat mengurangi subyektifitas tersebut dengan memvisualisasikan isyarat detak jantung yang terekam oleh stetoskop dan menampilkannya pada layar monitor komputer.
Gambar 2. Ragam gelombang suara jantung normal dan abnormal
3. METODE PENELITIAN Bahan dan alat yang dipergunakan dalam program ini terdiri atas komputer Pentium 4 yang dilengkapi dengan alat untuk akuisisi yang terdiri atas stetoskop dan mikrofon, serta rangkaian elektronis pendukung seperti rangkaian penguat, rangkain ADC, dan rangkaian antarmuka. Secara umum sistem sistem visualisasi isyarat detak jantung yang dirancang pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.
Penguat
Stethoscope Microphone
ADC
Antarmuka Komputer Komputer (PC)
Gambar 3. Blok rancangan dan sistem kerja penampil isyart suara jantung.
Adapun masing-masing blok pada Gambar 3 adalah berfungsi sebagai berikut: a. Stetoskop Merupakan sebuah alat medis akustik untuk memeriksa suara dalam tubuh dan banyak digunakan untuk mendengar suara jantung dan pernafasan, meskipun juga digunakan untuk mendengar intestine dan aliran darah dalam arteri dan "vein" (Johnson et al. 2006). b. Mikrofon Mikrofon digunakan untuk mengubah isyarat suara jantung yang di rekam dengan stetoskop ke dalam bentuk isyarat listrik sehingga dapat diolah oleh komponen-komponen elektronis. c. Penguat (amplifier) Penguat digunakan untuk melakukan penguatan terhadap tegangan yang dihasilkan mikrofon sehingga dapat diproses oleh rangkaian berikutnya. Blok ini terdiri dari Rangkaian
pre-amp mic yang berfungsi memberikan arus pada mic kondensor dan mennguatkannya, rangkaian tapis yang digunakan untuk menyaring sinyal yang berasal dari penguat mic dari gangguan atau derau sehingga diperoleh sinyal yang sebenarnya, dan penguat operasional digunakan untuk melakukan penguatan terhadap tegangan yang dihasilkan oleh tapis aktif sehingga dapat diproses oleh rangkain berikutnya. Ketiga blok penyusun penguat ini masing-masing ditunjukkan pada Gambar 4, 5 dan 6. d. ADC (Analog to Digital Converter) ADC digunakan untuk mengubah isyarat analog yang berasal dari rangkaian pengolah sinyal analog menjadi isyart diskrit atau digital sehingga dapat diolah oleh komponen-komponen digital yang ada pada rangkain antarmuka maupun oleh komputer. Pada penelitian ini digunakan rangkaian ADC dengan IC 0809 seperti ditunjukkan pada Gambar 7. e. Antarmuka Komputer Rangkaian antarmuka bertugas untuk menyesuaikan peranti periferal dengan komputer. Besarnya tegangan, arus dan daya peranti periferal kebanyakan tidak sesuai dengan yang ada dalam komputer, dan kecepatan pengolahannya sangat berbeda dengan komputer, maka besaran-besaran ini harus disesuaikan dengan bantuan rang kaian antarmuka. Pada penelitian ini digunakan rangkaian antarmuka dengan PPI 8255 lewat port printer DB-25, seperti ditunjukkan pada Gambar 8. f. Komputer (PC) Komputer dengan pemrograman Visual Delphi 7.0 berperan sebagai antarmuka memberikan data masukan dan sebagai display untuk menampilkan keluaran sistem. Bagan alir sistem visualisasi isyarat detak jantung pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 9.
R4 2 560
+12V VCC R11
2 R9 R3 5K6 C3 4.7 uF
1
220 K 1
Q1 C828
JACK MIC
C4 10uF/25V
R5 VR 10K
2
1
2
470k
180k 1
2
1
C6
Q1 C458
2k
10uF/25V R12 1
3 3
3
2
1
2
2 R6
15k R7
47k
1
270
Gambar 4. Rangkaian pre-amp mic
C4 1
2
2
3
30k
2
2
+ -
U3A R8 1 TL074A
1
2 30k
11
R7 2 1
30k
4
56n
R6
Q2 C458
20nf
1
1 2
1
2k
C5
2 2m2
2 1
OUT PUT
3
C1 0.1 uF
2
1
R2
1
R8
1
2
R10 C2 47 uF
2
R1 10 K
C5 27n 1
Gambar 5. Rangkaian tapis aktif lolos bawah orde dua
1 2
4
input 3
U1A C2
+
2
1
-
1
330n
11
LM 741
output 2
R2 1
2
2 47k
C1 1uf
R3
1
1
2
2 47k R4
1k5 1
Gambar 6. Penguat operasional desah rendah
ADC0809 J3 26 27 28 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9
12 16
CON9
10 9 7
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
REF+ REF-
A0 A1 A2
CLK OE EOC
START ALE
17 14 15 8 18 19 20 21
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
25 24 23
JP1 6 22
VCC 5V
R1 1K5
R6 1K5
CRYSTAL
1 Q1 C945 C1 4.7nF
2
1 3
33 K R4 330
C2 560 pF
C3 560 pF
R2 1K5
Q2 C945 3
450/455KHz
2
R3 1K5 R5
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Gambar 7. Rangkaian ADC dengan IC 0809
1 2 3 4 5 06 07 08 09 10
1 2 3 4 5 06 07 08 09 10
47uF
10 k
+ VCC
11 1 18 17 14 13 8 7 4 3
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
G OC D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
9 7 4
4Y 3Y
74LS157
G A_B 12
6 35 5 36 9 8
19 16 15 12 9 6 5 2
2Y 1Y
4B 4A 3B 3A 2B 2A 1B 1A
34 33 32 31 30 29 28 27
19 16 15 12 9 6 5 2
15 1
CS RESET RD WR A0 A1
IC PPI 8255
1 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13
PA
74LS574
18 17 14 13 8 7 4 3
G OC
74LS574
11 1 DB 25
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7
4 3 2 1 40 39 38 37
PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7
18 19 20 21 22 23 24 25
PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7
14 15 16 17 13 12 11 10
GND 7 VCC 26
GND
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8 PB & PC 1 2 3 4 5 06 07 08
1 2 3 4 5 06 07 08
09 10 11 12 13 14 15 16
GND VCC
13 14 10 11 6 5 3 2
Gambar 8. Rangkaian interface dengan PPI 8255 lewat port printer DB-25
Start
Tulis port ($303,$99) PB2PB1PB0:=Saluran;
T
Saluran:= 7
Y Start:=1; Start:=0; Status:=PC4;
T
Saluran yang lain
Y Status:=0;
Y
OE:=1; Data:=PA; OE:=0;
T
Tegangan Tinggi
Simpan:= ?
Y Simpan:=SaveDialog;
Keluar:=?;
Y
T T
Keluar:= Application.Terminate;
Buka:= ?
Y Buka:=OpenDialog;
End
Gambar 9. Bagan alir sistem visualisasi isyarat detak jantung
09 10 11 12 13 14 15 16
4. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan integrasi antara perangkat lunak dan perangkat keras dari sistem visualisasi isyarat suara detak jantung berbasis komputer pribadi menggunakan bahasa pemrograman Borland Delphi 7.0, tahap selanjutnya adalah proses pengujian. Beberapa pengujian terhadap sepuluh orang telah dilakukan dan sistem yang dirancang dapat menampilkan visualisasi isyarat detak jantung yang beragam sesuai detak jantung masingmasing orang yang menjadi sampel. Salah satu tampilan visualisasi dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Hasil visualisasi isyarat detak jantung
Gelombang yang nampak pada monitor merupakan gelombang yang dihasilkan oleh perubahan tegangan yang diterima oleh ADC dari sensor suara (mic condensor) yang telah dikuatkan oleh rangkaian penguat dan disaring oleh rangkaian penapis. Berdasarkan hasil tampilan ini dapat dikatakan pada sistem yang dirancang telah sukses menvisualisasikan isyarat detak jantung pasien. Pada Gambar 10 sudah terlihat antara saat jantung sistole dan saat jantung diastole, dimana diastole adalah saat jantung berdetak lemah dan siatole pada saat jantung berdetak keras (Rahman and Haque 2003). Pada tampilan gelombang yang diperoleh terlihat masih ada sedikt derau, karenanya sistem yang dirancang masih memerlukan penyempurnaan terutama pada bagian rangkaian penapis.
5. KESIMPULAN DAN SARAN Sistem visualisasi isyarat detak jantung berbasis komputer yang dirancang telah dapat memvisualisasikan isyarat detak jantung. Hasil yang telah dapat membedakan adanya perbedaan dari kondisi jantung orang yang satu dengan orang yang lain, dan karenannya dapat digunakan untuk diagnosa oleh dokter. Namun demikian, sistem yang dirancang masih memerlukan penyempurnaan karena masih terdapat banyak derau pada gelombang yang ditampilkan.
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada DP2M Ditjen Dikti yang telah mendanai penelitian ini pada skema PKM Penelitian tahun anggaran 2007. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Tole Sutikno, S.T., M.T., yang telah membimbing PKM dan publikasi ini.
DAFTAR PUSTAKA Carr, J. J., and J. M. Brown. 2001. Introduction to Biomedical Equipment Technology. 4th Edition ed. New York: PRENTICE HALL. Corner, B. Interpreting ECG 2007 [cited. Available from http://www.biologycorner.com/anatomy/circulatory/ecg.html. de Vos, J. P., and M. M. Blanckenberg. 2007. Automated Pediatric Cardiac Auscultation. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on 54 (2):244-252. Donnerstein, R. L. 1992. Quantitative Assessment Of Stenotic Heart Lesions By Continuous Spectral Analysis Of Heart Murmurs. Paper read at Engineering in Medicine and Biology Society, 1992. Vol.14. Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE, 29 Oct-1 Nov 1992. Geddes, L. A. 2005. Birth of the stethoscope. Engineering in Medicine and Biology Magazine, IEEE 24 (1):84-86. Johnson, J., D. Hermann, M. Witter, E. Cornu, R. Brennan, and A. Dufaux. 2006. An Ultra-Low Power Subband-Based Electronic Stethoscope. Paper read at Acoustics, Speech and Signal Processing, 2006. ICASSP 2006 Proceedings. 2006 IEEE International Conference on, 14-19 May 2006. Morgan, S. M., and P. C. Richardson. 1976. Automated Assessment of Atrioventricular Conduction in the Heart. Biomedical Engineering, IEEE Transactions on BME-23 (3):215-219. Petrov, G. K. 2004. Low cost ECG system for non-hazardous use. Paper read at Electronics Technology: Meeting the Challenges of Electronics Technology Progress, 2004. 27th International Spring Seminar on, 13-16 May 2004. Rahman, M. E., and M. A. Haque. 2003. Filter based enhancement of QRS complex of electrocardiogram. Paper read at Communications, Computers and signal Processing, 2003. PACRIM. 2003 IEEE Pacific Rim Conference on, 28-30 Aug. 2003. Usman, K., M. A. Sadiq, H. Juzoji, and I. Nakajima. 2004. A study of heartbeat sound separation using independent component analysis technique. Paper read at Enterprise Networking and Computing in Healthcare Industry, 2004. HEALTHCOM 2004. Proceedings. 6th International Workshop on, 28-29 June 2004.
